基于有限元和神经网络方法对超高压合成绝缘子均压环结构优化的研究

针对超高压输电线路合成绝缘子所用的均压环,提出了一种优化其结构参数的方法.这种方法首先利用渐进边界条件解决了绝缘子电场模型的开域问题,然后以有限元方法计算出均压环各个参数对绝缘子电场分布的影响,并以此确定了均压环结构优化目标;在此基础上,利用神经网络拟合了均压环各结构参数与优化目标之间的关系,并以此得出均压环结构参数的最优解,解决了穷举优化方法的计算时间冗长的缺点.优化后的均压环使得绝缘子和均压环的表面电场强度均小于电晕起始场强.     

550 kV GIL盆式绝缘子及其组件结构优化设计

为均匀气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed tranmission line,GIL)内盆式绝缘子附近气体区域及绝缘子沿面的场强分布,提高GIL整体的工作性能及运行可靠性,采用非均匀有理B样条曲线拟合方法,重构盆式绝缘子结构形状,利用有限元分析方法,进行电场及应力场的仿真计...     

750kV交流复合绝缘子均压环优化设计

基于有限元数值仿真计算方法,建立了750 kV线路杆塔—导线—绝缘子的塔线三维电场仿真模型,研究优化750 kV复合绝缘子均压环的结构参数,并对均压环的均压效果进行了分析。计算结果表明,均压环可显著地改善绝缘子电场分布,高压端均压环表面的最大电场强度控制在20 kV/cm以下,可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰水平均符合国家标准或规程要求,设计的均压环能够满足750 kV输电线路对复合绝缘子的使用要求。研究结果为750 kV输电线路外绝缘设计提供了有益的参考。     

盆式绝缘子的优化设计

为改善小型化盆式绝缘子的电气性能和机械性能,在现有盆式绝缘子结构的基础上,重新设计绝缘件内部嵌件的结构,调整嵌件与地电位屏蔽环的距离,同时增大嵌件圆弧曲率半径,运用仿真软件分析优化方案的电气性能和机械性能。综合考虑各因素的影响,在原设计基础上实现盆式绝缘子电气性能和机械性能的优化设计。     

特高压复合绝缘子电场计算及基于神经网络遗传算法的均压环结构优化设计

为了满足超/特高压大容量输电技术的发展需求,研究复合绝缘子的电场分布,寻找合理的电场优化措施已成为影响输电线路安全运行的关键因素。利用有限元法(FEM)建立了工程实际应用情况下特高压(UHV)交流输电线路复合绝缘子的单串、双串和V串电场计算模型,在考虑横担、分裂导线和均压环及其金具连接情况下,对复合绝缘子的电位和沿面电场分布进行了计算。针对特高压复合绝缘子电位分布极不均匀,且最大沿面电场强度大大超过电晕起始场强的情况,分析了不同的均压环配合方式对复合绝缘子沿面电场分布的影响。针对单串绝缘子下的计算结果,引入神经网络遗传算法(BP-GA),对均压环的结构参数进行了优化设计,利用BP神经网络的高度非线性映射能力直接计算遗传算法的适应度函数值,解决了穷举法计算时间冗长的问题。计算结果表明:加装均压环能够大大降低最大沿面电场强度,明显改善复合绝缘子沿面电位和电场的分布;通过遗传算法优化后的均压环结构参数,能使均压环表面场强和绝缘子沿面场强均小于电晕起始场强,为特高压绝缘子均压环的选取提供了一种可靠、实用的设计方法,可为我国特高压输电线路外绝缘优化设计提供新的参考。     

500kV站用绝缘子串均压环优化设计

为改善500 kV港城变电站电晕放电现象,根据其绝缘子串布置情况,利用有限元计算方法,在ANSYS中建立悬垂串与双联串仿真模型,研究均压环不同结构参数对绝缘子串电压、电场分布的影响,得到最优均压环结构参数。仿真结果表明,500 kV悬垂串均压环最佳结构参数为:罩深230 mm、环径660 mm、管径70 mm,均压环表面最大场强峰值可降至14.5 kV/cm;双联串均压环最佳结构参数为:屏蔽绝缘子片数3、管径100 mm、与绝缘子距离90 mm,均压环表面最大场强峰值可降至14.7 kV/cm。计算结果证明,优化后的均压环明显改善绝缘子串电压分布,降低了单片绝缘子承担的最大电压,并使均压环表面最大场强峰值低于20 kV/cm。     

盆式绝缘子击穿分析及防范措施

笔者介绍了GIS 126 kV用三相盆式绝缘子的一种放电现象。笔者对击穿零件采用了X射线探伤等不同的检测方法,用Ansoft软件建模进行了电场计算,分析出击穿是因为盆式绝缘子内部存在金属杂质。同时根据盆式绝缘子生产的工艺特点,笔者提出了优化设计、改进模具结构等防范措施,以防止盆式绝缘子浇注过程中金属杂质的产生。     

500 kV交流线路长棒形瓷绝缘子串均压环优化设计

长棒形瓷绝缘子串金具数量少,沿串电位与电场分布不均,需优化设计其均压环结构。文中基于有限元原理,在Ansys软件中建立长棒形瓷绝缘子串三维仿真模型,分析均压环结构对绝缘子串电位与电场分布的影响,得到均压环最优结构参数。仿真结果表明:500 kV交流线路长棒形瓷绝缘子串均压环最优参数为,罩深300 mm,环径1 000 mm,管径125 mm;均压环表面最大场强可降至743.77 kV/m;3节绝缘子的整体分压比由2:1:1改善为约1.4:1:1。优化后的均压环明显改善了绝缘子串电位与电场分布,有利于绝缘子串长期运行安全。     

330 kV带均压环的棒形悬式复合绝缘子电场有限元分析

采用ANSYS有限元软件对装有几种不同规格均压环的330kV棒形悬式复合绝缘子进行了电场有限元计算,得出了均压环的位置和尺寸与电场分布的关系。与实际测量结果的比较说明,采用的建模手段和求解方法是有效的。     

基于有限元分析法的220kV变压器优化设计研究

以220 kV变压器为研究对象,利用有限元模态分析法,研究变压器绕组固有频率与轴向预紧力之间的关系,并确定变压器绕组在生产过程中最优预紧力值。结果表明:变压器绕组轴向预紧力的变化对固有频率有较明显的影响,绕组的固有频率随着预紧力减小而降低。随着预紧力的降低,绕组结构松散,固有频率逐渐趋近100 Hz。因此,确定最优的变压器绕组预紧力能达到避免变压器在实际运行中共振的发生。     

110 kV三相共箱式盆式绝缘子屏蔽内环优化

为了降低110 kV盆式绝缘子表面的电场强度,提高产品运行的可靠性。文中采用三维建模和有限元电场仿真,对表面电场的影响因素进行查找。仿真结果表明,由于屏蔽内环的存在,会对盆式绝缘子的表面电场分布产生影响。通过分析屏蔽内环的结构变化对表面电场的影响规律,提出采用双屏蔽内环结构用于改善绝缘子表面电场强度。在不断的模型修改和仿真结果对比后,选择D=5.29 mm、R=212.6 mm、V=11.93 mm作为双屏蔽内环的优化参数。优化后绝缘子表面最大电场强度降低了8.15%,密封圈交界处、空气间隙和屏蔽内环交界处最大电场强度较优化前分别降低了-0.35%、36.16%、39.45%。由于双屏蔽内环可以有效降低盆式绝缘子表面的电场强度,对于产品小型化设计及提高设备运行的可靠性,具有理论参考意义。     

微分进化算法结合有限元应用于避雷器均压环优化

避雷器安装均压环能有效改善电阻片的电压承担率分布情况,均压环优化是以均压环管径、环径、罩入深度为优化自变量,最大电压承担率umax和均压环表面最大场强Emax为因变量,其中,umax为目标函数,Emax小于起晕场强为约束条件,均压环的最优参数难于求解但易于评估。为解决这一问题,采用微分进化算法结合有限元对750 kV避雷器均压环进行了优化计算,优化结果表明:优化后的避雷器电阻片电压承担率分布均匀程度改善明显,电阻片最大电压承担率umax由1.429降低至1.108,均压环表面最大场强由2.555 kV/mm改善至1.673 kV/mm,均满足相关标准要求。     

GIS盆式绝缘子均压环特高频接收特性研究

随着带屏蔽环式盆式绝缘子的大量应用以及设备尺寸的不断小型化,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电特高频法(ultra-high frequency method,UHF)传感器的使用受到了极大限制,局部放电UHF检测日渐困难。针对该问题,以盆式绝缘子均压环作为UHF天线,测试环形天线(盆式绝缘子均压环)接收特性与局部放电视在放电量、传感器位置、传感器接地方式等因素的关系,并比较分析了各种UHF传感器的频率响应特性。结论认为,GIS盆式绝缘子均压环具有良好的UHF接收性能,用其作为UHF天线进行GIS内局部放电测试是可行的。     

采用有限元和粒子群算法优化特高压复合绝缘子均压环结构

交流1 000kV同塔单回输电线路中采用的是V串和I串复合绝缘子,其分裂导线、连接金具和均压环等结构较为复杂,电场强度较高,易发生电晕,因此需对均压环结构进行优化研究。运用有限元分析软件ANSYS建立3维模型进行电场计算,同时采用ANSYS参数化编程语言(ANSYS parametric design language,APDL)实现了粒子群(particle swarm optimization,PSO)算法。对因模型结构复杂导致的计算量增加问题,运用ANSYS中的Submodeling技术有效减少了计算量,且能达到较高精度。研究结果表明:V串均压环的最大场强比I串约高出13.9%,V串绝缘子沿面最大场强比I串高出约29.2%,且结合有限元法(finite element method,FEM)与PSO算法,在ANSYS计算环境下能较好实现V串和I串复合绝缘子均压环结构的多参数优化。研究成果可使均压环和绝缘子沿面最大场强满足控制要求,挂网运行后未出现电晕。此方法能较好解决大场域、多介质复杂模型的结构优化问题,对粒子群智能算法在绝缘结构优化设计领域的研究具有参考价值。     

1000 kV交流复合绝缘子均压环参数设计

为了将1000kV交流特高压输电线路复合绝缘子沿面电场分布控制在合理的范围内,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,选择使用有限元法进行1000kV交流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环参数优化设计。应用ANSOFT软件建立1000kV交流线路带杆塔、导线的全三维模型,研究了均压环的管径、环径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场强度的角度出发得到了均压环结构参数的配置方案。三维计算结果表明,安装了均压环后,复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均可以满足要求,绝缘子沿面电位分布的均匀性也得到了提高。金具可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰均符合国家标准要求。     

126kV GIS盆式绝缘子介质损耗测试方法及应用

针对绝缘子老化测试或变电站在役GIS绝缘子绝缘状态评价的问题,研究一种GIS绝缘子介质损耗测试方法颇为重要。文中开发了一种基于电流比较仪式电桥的介质损耗测试装置,对全新和服役五年的绝缘子进行了电容和介质损耗测试,并对同类新品和运行抽检绝缘子进行了性能测试和试验验证。结果表明:电流比较仪式电桥具有较高的精度,该测试系统的介质损耗测量误差在2%以内,可以保证测试结果的有效性;全新绝缘子具有良好的电气绝缘性能,电容和介质损耗的测试结果无变化,多年服役绝缘子介质损耗值与全新绝缘子相比变化明显,可用来作为评价绝缘子老化状态的一个特征参数。     

330 kV输电线路均压环优化研究

通过有限元法建立均压环仿真计算模型，对4种不同管径以及2种不同曲率半径330 kV交流输电线路均压环表面场强进行计算分析，在特高压户外试验场以及特高压交流试验基地环境气候实验室开展均压环可见电晕试验研究，获得不同结构型式均压环表面电场分布规律、结构优化试验对比结果以及不同海拔条件下均压环电晕起始电压特性曲线。研究结果表明，通过优化均压环管径以及曲率半径方法，可有效降低均压环表面电场强度，提高电晕起始和熄灭电压，推荐校正算式校正误差小于GB311.1-1997和IEC60071-2:1996所提方法，可为高海拔地区输电线路均压环选型及优化设计提供参考依据。     

基于跨连接卷积神经网络的绝缘子检测方法

针对电力设备图像中绝缘子所占比例较小和容易漏检的问题,提出了基于跨连接卷积神经网络的绝缘子检测方法。首先,通过在区域建议网络将网络后三层的卷积层分别和全连接层连接,使得这三层的卷积特征同时送入分类层和回归层,从而得到一系列高质量的绝缘子候选区域;将得到的候选区域映射绝缘子检测子网络,通过将得到的感兴趣区域特征送入级联的Adaboost分类器,实现对绝缘子的检测。对所提出跨连接卷积神经网络生成的候选区域进行了评估,并对不同的绝缘子检测方法进行了对比实验。实验结果表明,该方法得到的候选区域召回率高且更集中于绝缘子所在位置,绝缘子检测准确率比常规方法高出10%。所提方法能较好地对复杂背景图像中不同大小的绝缘子进行有效识别和精确定位。     

330 kV绝缘子串电压分布和屏蔽环位置的优化

为计算330kV线路绝缘子串电压分布和优化屏蔽环的位置,建立了考虑屏蔽环、分裂导线、杆塔、联板、悬垂线夹和其它连接金具的三维静电场有限元模型。计算并讨论了带和不带屏蔽环、带和不带联板的绝缘子串电压分布以及屏蔽环位置变化对电压分布的影响。结果表明,导线和杆塔侧绝缘子承受较高电压,屏蔽环可有效改善其附近绝缘子上承受的电压,理论上有一最优位置;导线侧金具对电压分布影响较大,计算模型中应考虑。